采用USB接口的心電圖熱敏打印機系統(tǒng)設計

心電圖機是描記心臟組織活動所產(chǎn)生的生物電信號以及現(xiàn)代醫(yī)學科學研究和l臨床診斷中使用非常廣泛的一種精密電子醫(yī)療儀器。由于它診斷可靠，操作簡便，對病人無損傷，故在臨床上得到廣泛的應用，而作為心電圖檢測結(jié)果直觀的輸出方式和手段，心電圖機微型打印機是必不可少的。

 

目前，醫(yī)院中使用的多為傳統(tǒng)機械式心電打印機，存在著打印效率低、噪聲污染嚴重、心電波形失真等缺點。近年來uSB技術有了飛速的發(fā)展，很多臺式打印機已經(jīng)應用了該技術。但是采用USB接口技術的心電圖機熱敏打印機卻很少。本系統(tǒng)就采用了USB接口與心電圖機相連，同時也可以與PC心電圖機進行連接打印。

 

1 心電圖熱敏打印機的硬件設計

 

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

 

硬件系統(tǒng)由控制器、走紙電機、uSB接口、熱敏打印頭及其檢測和保護電路等組成，組成框圖如圖1所示。

 

 

1.2 ARM控制器的選擇

 

由于本系統(tǒng)要求打印最高速度達50 mm／s，所以對于處理器給打印頭傳送數(shù)據(jù)的速度就要求很高。一般熱敏打印頭數(shù)據(jù)通過串行傳送，所以通過SPI口傳送是最佳方式，而普通8位單片機在處理速度上就有缺陷，難以滿足整體要求，因此決定選用Atlnel公司的ARM7內(nèi)核芯片AT91SAM7S64作為控制器。該芯片具有64 KB的片內(nèi)高速Flash存儲器，16 KB的片內(nèi)高速SRAM(可以在最高時鐘速度下進行單時鐘周期訪問操作)；1個USB 2．O全速(12 Mbps)設備端口，片上收發(fā)器，328字節(jié)可編程的FIFO；主／從串行外設接口(SPI)，8～16位可編程的數(shù)據(jù)長度，4個片選線。本設計將用USB口與臺式或PC心電圖機通信，SPI口控制打印頭，同時具有大容量的數(shù)據(jù)存儲及高速數(shù)據(jù)處理能力。所以無論從集成度，還是性價比來看，都是理想的選擇。

 

1.3 熱敏打印頭的選擇及控制

 

熱敏打印技術最早使用在傳真機上，其基本原理是將打印機接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點陣信號控制熱敏單元的加熱．把熱敏紙上熱敏涂層顯影。這種技術只能使用專用的熱敏紙。熱敏紙上涂有一層遇熱就會產(chǎn)生化學反應而變色的涂層，類似于感光膠片，不過該涂層是遇熱后變色顯影。利用熱敏涂層的這種特性，研究出了熱敏打印技術。熱敏打印技術的關鍵在于加熱元件。熱敏打印機芯上有一排微小的半導體元件。這些元件排得很密，從2·90dpi～600dpi不等。這些元件在通過一定電流時會很快產(chǎn)生高溫，當熱敏紙的涂層遇到這些元件時，在極短的時間內(nèi)溫度會升高，涂層就會發(fā)生化學反應，顯出顏色。

 

熱敏打印機接收到打印數(shù)據(jù)后，將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為位圖數(shù)據(jù)，然后按照位圖數(shù)據(jù)的點控制打印機芯上的發(fā)熱元件通過電流，這樣就把打印數(shù)據(jù)變成打印紙上的打印內(nèi)容了。

 

由于本設計要求最多能同時打印12導聯(lián)的心電波形，所以對打印頭的寬度和分辨率要求很高。經(jīng)過認真的性能比較，選用了C216型行式打印頭，其打印寬度可達216 mm，即1728點／行。熱敏打印頭的電路連接如圖2所示。